2011给排水《水泵及水泵站》

1、 水泵及水泵站 二一一年九月十六日水泵及水泵站 叶片式水泵基本常识1 离心泵基本方程式3 离心泵实验特性曲线4工作点确定5 叶轮相似定律和变速调节6 切削调节7 离心泵并联运行工况8水泵装置扬程2 水泵选型12 水泵基本操作和常用水泵10 水泵安装高程9 水泵机组布置辅助设备选型 13管 路 设 计14给水泵站工程设计概论11泵站水锤15泵房工艺设计16第二章 叶片式水泵 第一讲 基本常识1 水泵及水泵站（1）水泵: 把原动机的机械能转化为液体的能量的一类机械。（2）叶片泵: 依靠叶轮的高速旋转把原动机的机械能转化为液体能量的一种机械。叶片泵是水泵种类中最大的一类，最常用。 （3）水泵与水泵站

2、的作用：水泵作为一种通用机械用途很广，如采矿、冶金、电力、石化、房地产等行业，特别是农业灌溉排水，市政给排水发挥重要作用。水泵是水泵站的主要设备；泵站是给水排水工程的重要组成部分，为水泵和其它设备运行、管理提供良好环境的场所，是整个工程的动力源泉。 2 叶片泵的分类依据叶片的形状和叶轮出水方向的不同划分为三大类。离心泵:径向出流,水流质点主要受离心力作用。轴流泵:轴向出流,水流质点主要受轴向升力的作用。混流泵:斜向出流,水流质点既受离心力又受轴向力作用。 3 离心泵的主要零件及其部位,作用 (1) 叶轮：最主要部件，通过叶轮旋转给水体施加能量。单吸式叶轮: 叶轮有一个进水口。 双吸式叶轮: 叶

3、轮有两个进水口。 (2) 泵轴：固定叶轮，带动叶轮旋转，传递能量。 (3) 泵壳: 蜗壳形,底部有放水孔。 汇集水流、导流。 (4) 泵座：固定泵壳。 (5) 填料盒: 泵轴穿出泵壳地方安装,防止漏水漏气。 单吸离心泵填料盒主要作用防止漏水（叶轮背面附近） 双吸离心泵填料盒主要作用防止漏气（叶轮进口附近） (6)减漏环: 叶轮进口与泵壳之间安装,防止高压水回流。 (7) 轴承座：支承泵轴。 (8) 联轴器：将电机轴与水泵轴连接 4 离心泵的工作原理离心泵起动前泵壳及进水管灌满水，起动后叶轮作高速旋转,水受到离心力的作用被甩出叶轮，由泵壳汇集流出出水管；而叶轮进口处，由于水被甩出形成真空，吸水池

4、的水在大气压的作用下进入吸水管流入叶轮,如此循环。如同雨伞旋转雨滴被甩出一样。 5 水泵的性能参数 (1) 流量Q: 单位时间内通过泵出口的水体体积。m/s。 (2) 扬程H: 单位重量液体通过水泵后获得的能量。mH2O 反映水泵做功本领大小的参数。 (3) 轴功率N：原动机传给泵轴上的功率。KW 有效功率： NuQH (4) 效率: 反映水泵对能量的有效利用程度。 Nu/NQH/N KN/m ， Qm/s ，Hm ，NKW (5) 转速n: r/min (6) 允许吸上真空高度Hs及允许气蚀余量第二讲 水泵装置扬程与离心泵基本方程式 一 装置需要扬程 1、水泵装置: 水泵及其配套的管路和附件

5、构成的系统。 2、水泵装置需要扬程: 对于水泵装置，单位重量水体从进水池到达出水池,经过管路所需要的能量。包括提水高度和进、出水管路水力损失。 HHsth Hst静扬程mH2O， HstZ2Z1 h进、出水管路水力损失mH2O。二 离心泵基本方程式 水泵是能量转换的机械。离心泵是依靠叶轮旋转来抽水的，那么水流在旋转的叶轮中究竟如何运动？旋转的叶轮能够产生多大扬程？扬程与叶轮构造和旋转运动有何关系？如何计算？本节借助于离心泵基本方程的推导和分析阐述上述问题。1、叶轮中液体的运动分析A、坐标系：静坐标取地球，动坐标取叶轮。 B、运动分解 相对运动: 液体质点相对叶轮流出W 牵连运动: 叶轮对地球转

6、动U 绝对运动: 液体质点对地球的运动C C、运动与速度合成 叶片进口速度三角形C1W1U1 叶片出口速度三角形C2W2U2 2、基本方程式 水泵叶轮将原动机的机械能转换为液体能量，反映旋转机械进行能量转换的定理只有动量矩定理。（1）动量矩定理 质点系对转轴的的动量矩对时间的变化率，等于作用在质点系的外力对转轴的力矩之和。（2）三点假定 A: 液体是恒定流 B: 叶片无限多，严格约束每个叶槽水流为均匀流 C: 理想液体,不可压缩,不计水力损失。（3）研究对象 微元为一个叶槽水体；叶轮中所有叶槽水体。（4）微元水体动量矩定理： 一个叶槽水体动量矩的变化，即dt时间内流入和流出水体dm的动量矩变化

7、。 利用动量矩定理则: dm/dt(C2COS2R2C1COS1R1)M （5）叶轮整个水体动量矩定理 对整个叶轮积分并引入流量QT dV/dtQT QT(C2COS2R2C1COS1R1)M 引入功率:方程两端同乘旋转角速度 QT(C2COS2R2C1COS1R1)Nt 引入水功率:NTQTHT QT(C2COS2R2C1COS1R1)QTHT(C2COS2R2C1COS1R1)/gHT引入圆周速度UR(C2COS2U2C1COS1U1)/gHT引入轴面分速CUCCOS HT(U2C2UU1C1U)/g 3、基本方程讨论及修正 （1）一般离心泵190, 以提高水泵的杨程, 改善吸水性能。 H

8、TU2C2U/g ，2615 （2）基本方程（理论扬程）与液体种类无关 （3）增大叶轮直径和提高转速可以提高扬程 （4）基本方程适用于一切叶片泵 （理论扬程只与叶轮进出口速度有关，与叶片形状无关） （5）修正:HTHT/(1P) T水力效率 P修正叶片无限多第三讲 离心泵实验特性曲线与工作点确定一 离心泵实验特性曲线 1、定义与用途 水泵性能参数及其曲线很难计算,一般用实验测定有关参数并绘制实验特性曲线，用以反映参数之间的内在联系及变化规律。它是合理选择水泵,使用水泵和分析解决水泵运行过程中实际问题的重要依据。 2、设计工况点（额定工作点,最高效率点）： 设计水泵时采用的一组参数。 3、高效区

9、 在最高效率点两侧一个范围水泵的效率比较高,要求选泵和水泵运行工况在此范围内,两个端点的效率约为最高效率点的90%。 4、离心泵关阀起动 当Q0时, 功率N最小，符合电动机轻载起动要求,也容易很快把水压出去。 另外，水泵启动之前抽真空引水灌泵，也必须把出水闸阀关闭。 5、选配电动机 NPKN N泵实际运行时可能出现的最大轴功率（单泵运行，水源水位最高时）。 K根据水泵功率不同选用,1.11.6 二 水泵工作点确定1、装置需要扬程曲线 HHstSQ 管路阻力参数 S(L/D)/2g(D/4) 2、图解法确定水泵工作点 装置需要扬程曲线与水泵扬程曲线的交点，实质为供、需能量平衡点。 3、数解法确定

10、水泵工作点 HHstSQ (1) HHxSxQ (2) 离心泵高效区曲线一般用二次方程拟合。高效区内选两点代入方程可求虚扬程Hx和虚参Sx。 Sx(H1H2)/(Q2Q1 ) HxH1SxQ1 (1),(2)式联立求解可得工作点(HA ,QA)第四讲 叶轮相似定律和变速调节 一、水泵工作点调节方法 二、叶轮相似律三、变速调节 四、例题五、调速方法与调速原则六、节能第四讲 叶轮相似定律和变速调节 一、水泵工作点调节方法 1、装置扬程曲线发生改变 闸阀调节，水源水位改变(自动调节)。 2、水泵性能曲线改变 变速调节、变径调节、变角调节。 3、调节目的 （1）满足水压水量的变化要求 （2）使水泵在高

11、效区运行，节能第四讲 叶轮相似定律和变速调节 二、叶轮相似律 反映两台工况相似水泵工作参数与几何尺寸之间的变化规律。（1）几何相似 两台水泵叶轮对应点尺寸线性成比例 B2/B2MD2/D2M 11M ，22M（2）运动相似 两个叶轮对应点水流速度大小成比例,角度相等 C2/C2MU2/U2MnD2/nMD2Mn/nM 11M（3）工况相似 两台水泵如果满足几何相似且运动相似，那么称两台 泵工况相似。第四讲 叶轮相似定律和变速调节 1、第一相似律 QVF2C2R ， F2D2B22Q/QMVF2C2R/VMF2MC2RM n/nM(D2/D2M)V/VM2、第二相似律 HhHTh/(1P)U2C

12、2U/g H/HMhU2C2U/hMU2MC2UM （n/nM）(D2/D2M)h/hM3、第三相似律 NQH/ ， VhM N/NM(n/nM)(D2/D2M)5MM/M 第四讲 叶轮相似定律和变速调节 两台工况相似的水泵 如果尺寸相差不大(不超过三倍),近似认为效率相等,则 Q/QMn/nM(D2/D2M) H/HM(n/nM)(D2/D2M) N/NM(n/nM)(D2/D2M)5比例律: 同一台水泵当转速改变前后,工况相似点的参数满足以下规律 Q1/Q2n1/n2 H1/H2(n1/n2) N1/N2(n1/n2) 第四讲 叶轮相似定律和变速调节 三 变速调节 1、图解法 已知原工作点

13、A(QA,HA), 转速为n , 现在所需流量QB，问水泵转速调节至多少? 解：（1）求调速后水泵工况点B HBHstSQB （2）通过B点作一条相似工况抛物线 HKQ，KHB/QB， 与转速为n时的扬程曲线交于点C(QC ,HC)。 （3）B，C两点工况相似,则nnQB/QC第四讲 叶轮相似定律和变速调节 2、数解法 （1）HBHstSQB（2）HHxSxQ ，HKQ ， KHB/QB 两个方程联立求解得C(QC,HC) （3）nnQB/QC第四讲 叶轮相似定律和变速调节 四、例题一 已知转速n时的性能方程HHxSxQ，求转速为n1时的性能方程HHx1Sx1Q ?解: 在转速为n 时的性能曲

14、线高效区上取两点A(QA,HA), B(QB ,HB) , 则在转速为n1 时的性能曲线上与A,B两点工况相似的两点为A1(QA1,HA1 ), B1(QB1,HB1) 由比例律 QA1/QAn1/n HA1/HA(n1/n) QB1/QBn1/n HB1/HB(n1/n) Sx1(HA1HB1)/(QB1QA1)(HAHB)/(QBQA)Sx Hx1HA1Sx1QA1HASxQA(n1/n)Hx ，则转速为n1时的性能方程为： H(n1/n)Hx SxQ 第四讲 叶轮相似定律和变速调节 例题二：某水泵转速为n950r/min时的性能方程：H45.8334583.333Q，装置扬程H10175

15、00Q。求1.水泵装置工作点2.当所需流量QB0.028m/s，HB23.1m,采用变速调节， 求调速后水泵转速n?3.求转速为n时的性能方程？解：1.数解法求水泵工况点 水泵性能方程H45.8334583.333Q 装置扬程H1017500Q 联立求解得：QA40.28l/s，HA38.396m第四讲 叶轮相似定律和变速调节 2. 变速调节计算 相似工况抛物线KHB/QB23.1/0.02829464.286H=KQ与水泵性能方程H45.8334583.333Q联立求解得 相似工况点C的流量Qc（4583.33329464.286）/45.833 nnQB/Qc9500.028/Qc725r

16、/min3. 由例题一知 H(n/n)Hx SxQ26.6944583.333Q第四讲 叶轮相似定律和变速调节 五 调速方法与调速原则 1、调速方法 变频调速 , 变极调速(调速电机)。2、调速原则 （1）首先满足供水流量和水压要求。 （2）定速泵与调速泵搭配运行或几台调速泵运行，使调速泵和定速泵尽可能都在高效区运行。 （3）电机高效运行，负载率不小于50；降速不超过20%；调速后的转速不能接近机组临界转速。第四讲 叶轮相似定律和变速调节 六 节能管网中需水量由QA减为QB ,若定速运行工作点由A移到C点 ,静压由Hst增大到Hst1:水泵扬程利用率低，能源浪费，从功率曲线上看，能源消耗大。若

17、调速运行则由A移到B点 ,而管网中等静压保持不变,由比例律知水泵提供扬程减少，扬程利用率高，功率也减小，供需能量平衡，节能。 已知原工作点A(QA,HA), 转速为n ,原水泵工作点效率偏低，采用调速方法使水泵在高效区运行，求调速后水泵转速n？第四讲 叶轮相似定律和变速调节 作业: 1、已知转速为n时的性能方程 HHxSxQ以及HHstSQ，若水源水位上升，净扬程减小到Hst1 ，若保持流量不变，求变速调节后的转速n？2、已知原工作点A(QA,HA), 叶轮外径为D2 ,原水泵工作点效率偏低，采用变径调节方法使水泵在高效区运行，求切削后水泵叶轮外径D2？3、教材习题 第五讲 切削调节 1、切削

18、律 在一定切削量范围内,叶轮切削前后工况相似点有以下规律: Q/Q1D2/D2 H/H1(D2/D2) N/N1(D2/D2)2、切削适用条件 （1）适用于离心泵（2）切削量不能太大,不超过12（3）切削前后工况相似点 第五讲 切削调节 3、水泵原工作点A，叶轮外径D2，现需要工作点(QB,HB)，若采用切削调节使水泵流量等于QB ,问切削后的叶轮外径D2 ? （1）、求切削后水泵工况HBHstSQB （2）、通过B点作出相似工况抛物线HKQ KHB/QB，与原水泵扬程曲线交于C(QC,HC)。 （3）、B,C两点工况相似，则 QB/QCD2/D2 ， 切削百分比:（D2D2）/D2100%，

19、进行效率修正。 第六讲 离心泵并联运行工况确定图解法 一、水泵并联工作及主要目的 为了适应不同时段所需水量,水压的变化,泵站一般设置多台水泵联合工作,通过控制水泵运行台数来调节泵站流量和出厂水压,通过出水干管向管网或水池输水。水泵并联的主要目的是降低管路造价。二、例题一 两台不同型号水泵并联工作，已知水泵扬程曲线(HQ)1，(HQ)2，进水管路和出水支管阻力参数SAM，SBM，干管阻力参数SMC，进、出水池水位Z1，Z2。利用图解法求（1）两台泵并联运行工况点（2）并联运行时每台泵的工况点（3）每台泵单独运行时的工况点。 第六讲 离心泵并联运行工况确定图解法 解： 节点方程: QQ1Q2 ，H

20、H1H2 （1）“折引”两台水泵性能曲线成为（HQ）1，（HQ）2。 H1H1SAMQ, H2H2SBMQ （2）等扬程下横向叠加“折引”后的水泵性能曲线，得到并联水泵性能曲线(HQ)1+2 （3）绘装置扬程曲线HHSTSMCQ 装置扬程曲线与水泵并联性能曲线(HQ)1+2 的交点M（Q，H）为并联运行工作点 第六讲 离心泵并联运行工况确定图解法 （4）求并联运行时每台泵工作点 由M点引水平线，分别交两台泵“折引”后的性能曲线于E点和F点。再向上引垂线，分别交两台泵原性能曲线于E点和F点。E点和F点分别为1号泵和2号泵的工作点。（5）求每台泵单独运行时的工作点 装置扬程曲线分别交两台泵“折引”

21、后的性能曲线于X点和Y点。再向上引垂线，分别交两台泵原性能曲线于X点和Y点。X点和Y点分别为1号泵和2号泵的单独运行时工作点。 第六讲 离心泵并联运行工况确定图解法 三、求解思路（1）两台水泵流量Q1Q2 ， H装H1H2 ， QQ1Q2 （2）依据水泵工作点确定图解法:水泵扬程曲线与装置需要扬程曲线的交点，该交点为供需能量平衡点。（3）两台水泵并联工作，设法向水泵工作点确定图解法目标转化。 一方面将两台泵合并为一大泵，求出大泵扬程曲线；另一方面装置需要扬程曲线与并联大泵扬程曲线满足供需能量平衡，即水泵扬程与需要扬程相等，H装H大。（4）两台泵合并为一台大泵，两台泵的扬程应相等，在扬程相等的情

22、况下，流量相加，可得大泵扬程曲线，即等扬程叠加原理。（5）要满足两台泵的扬程相等，对水泵装置进行处理 第六讲 离心泵并联运行工况确定图解法 四、处理方法 1、 将每台泵的进水管和出水支管看作水泵本身一部分，每台泵变成新泵。 2、根据新的水泵装置，单位重量水体由进水池经过出水管路到达出水池，所需要扬程相等，HHstSMCQ，对每台新泵所需要扬程都是一样的。则H装H大H1H23、这两个新泵按照等扬程叠加原理合并成一个大泵，形成新的水泵装置。H大H1H2， Q大Q1Q2 4、通过“折引”得两台新泵扬程曲线：H1H1hAM，H2H2hBM5、由等扬程叠加原理，在扬程相等的情况下，两台新泵的扬程曲线流量

23、相加，可得大泵扬程曲线（HQ）1+2。与装置扬程曲线的交点即为大泵工况点，也即两泵并联运行工况。五、例题二 一台水泵向两个并联工作的高、低水池供水。已知水泵扬程性能曲线，高、低水池水位Z1、Z2，进水池水位Z0，管路阻力参数SAB，SBC，SBD。利用图解法求水泵工作点，向高、低水池供水流量。 解：节点方程 QQ1Q2 ， HBDHBCHB求解思路和处理方法与水泵并联工况确定类似：依据水泵工况图解法含义。（1）“折引”水泵扬程曲线 从水泵扬程曲线上扣除管路AB水力损失。HHhAB（2）绘出两个水池的需要扬程曲线高水池HHst2SBCQ ，低水池HHst1SBDQ （3）同扬程下横向叠加两条需要

24、扬程曲线，得并联水池 需要扬程曲线HHstSQ。与水泵“折引”性能曲线 HQ交于M点（Q,H）,再由M点向上引垂线交水泵原 性能曲线于M点（Q,H），为水泵工作点。HHhAB（4）由M点引水平线分别交两条需要扬程曲线于E，F点， 则QE，QF为向高、水池的供水量。 六、例三：一台水泵和一个高水池共同向一个低水池供水解：（1）“折引”水泵扬程曲线 从水泵扬程曲线上扣除管路AB水力损失。HHhAB（2）高水池相当于一个水泵，静水头HST2,“折引”后作用水头曲线: HHST2SBcQ（3）同扬程下横向叠加“折引”后的水泵扬程曲线和高水池作用水头线，得并联性能曲线HQ。（4）绘出低水池需要扬程曲线H

25、Hst1SBDQ，与并联性能曲线交于M点(Q,H),则低水池供水流量为Q2。（5）由M点引水平线交水泵性能曲线于E点(Q,H),由E点向上引垂线交水泵原性能曲线于E(Q,H)为水泵工作点。 七、例题四：两台同型号水泵并联工作，1号泵为定速泵，2号为调速泵，水泵原转速为n，已知所需总流量QP，水泵扬程曲线，进、出水池水位Z0，Z，管路阻力参数SAM，SBM，SMC。求每台泵的工作点以及调速泵的转速?（1）绘出两台泵的性能曲线HQ,并将定速泵的性能曲线HQ折引得HQ, HHhAM（2）绘出装置扬程曲线HHstSMCQ 由流量QP查得装置需要扬程HP ,P点为并联工作点。 （3）由P点引水平线交HQ

26、线于E点(QE,HE),再向上引垂线交定速泵原性能曲线于E点(QE,HE)为定速泵的工作点。 （4）调速泵的流量Q2QPQ1，扬程H2HPSBMQ2调速泵的工作点为F点(Q2,H2)（5）通过F点作一条相似工况抛物线HKQ， KH2/Q2 与转速为n时的调速泵性能曲线交于F点(QF,HF)（6）由比例律知: nnQF/Q2 作业:1、两台不同型号水泵并联运行,忽略进水管和出水支管的水力损失。已知水泵扬程曲线(HQ)1，(HQ)2，进水管路和出水支管阻力参数SAM,SBM，干管阻力参数SMC，进、出水池水位Z1，Z2。利用图解法求两台泵并联运行工况点，并联运行时每台泵的工况点，每台泵单独运行时的

27、工况点2、一台水泵向两个并联工作的高、低水池供水,已知水泵扬程性能曲线，高、低水池水位Z1、Z2,进水池水位Z0,管路阻力参数SBC,SBD，忽略水泵进水管和出水支管的水力损失。利用图解法求水泵工作点，向高、低水池供水流量。 第七讲 离心泵并联运行工况确定数解法例题五、某取水泵站两台不同型号离心泵并联工作： 已知定速泵性能方程HHx1Sx1Q，调速泵性能方程 HHx2Sx2Q(原额定转速n0，最小限速nmin)，进水池水位Z，出水池水Z0，管路阻力参数S1，S2，S3。根据水厂水处理工艺要求，取水泵站应向水厂均匀供水，水厂需要供水流量QT。采用数解法求定速泵工况，调速泵工况及调速泵的转速n？

28、解： 节点3：QTQ1Q2 ，节点水头H3Z0S3QT1、求定速泵工作点2、求调速泵工作点 3、求调速泵转速n4、校核调速泵最小限速nmin5、重新求解定速泵工况，调速泵工况及总供水流量QT （牛顿迭代法近似求解）1、求定速泵工作点定速性能方程 H1Hx1Sx1Q1 装置需要扬程H1HstS1Q1，式中HstH3Z 联立求解得 Q1SQR(Hx1Hst)/(Sx1S1) （1）2、求调速泵工作点 Q2QTQ1， H2HstS2Q2， HstH3Z3、求调速泵转速n 设水泵调速后转速为n，则水泵调速后的性能方程为： H（n/n0）Hx2Sx2Q （2） 装置需要扬程 HHstS2Q 依据水泵并联

29、数解法，两方程联立求解得： Q2SQR（n/n0）Hx2ZH3）/（S2Sx2） （3） 解方程求出转速n。4、校核调速泵最小限速nmin 若计算转速nnmin，则计算结束。 若计算转速n0.0001时，进行第1次迭代计算（修正）。第三步：用牛顿迭代法求节点水头 H3 第1次迭代计算： 迭代公式 H3（1）H3（0）H 迭代增量HQQ（0）/ (QQ/H3) 第四步：根据节点水头H3，由（3）式计算调速泵流量Q2， 由（1）式计算定速泵流量Q1，由H3Z0S3QT 计算总流量QT。第五步：判别近似解误差：当 QQ0.0001时，进行 第2次迭代计算（修正）。 H3（2）H3（1）H 迭代增量H

30、QQ（1）/ (QQ/H3) - - - - - -第六步：当QQ0.0001时 进行第N+1次迭代： H3（N+1）H3（N）H HQQ（N）/ (QQ/H3) 第七步：当QQ0.0001时，可得出较准确的结果。6、若计算出水量Q1Q2仍比实际需要供水量QT大得多， 可采取别的措施解决。如大小泵配套运行。 若计算得结果n水泵额定转速n0，可采取增加水泵台数解决。例六 ：已知送水泵站进水池水位Z1,Zj,Zp, 定速泵性能方程HHxjSxjQ, 调速泵性能方程 HHxSxQ (额定转速n0,最小限速nmin)；城市配水管网所需流量QT，控制点地形标高Zi及服务水头Hci。若实现管网等压配水，求

31、定速泵工况，调速泵工况及其转速n？ 等压配水运行方案：当管网控制点的自由水压小于所需服务水头时，可增加运行水泵台数来增大水厂的出水压力；当用水量减小，控制点自由水压大于所需服务水头时，为了保持水压稳定，方法之一：配调速泵进行降速调节。 解 ：1、等压配水泵站出厂节点A压力 （满足管网控制点服务水头出厂需要压力） HAZiZAhiHci （1） 2、确定定速泵工作点 定速泵装置需要扬程HHstSjQ （2） 式中 HstHA（ZAZj） Sj第j台定速泵进出水管管路阻力参数。 定速泵性能方程HHxjSxjQ （3） （2）和（3）式联立求解得各台定速泵工况： QjSQR(HxjZjHAZA)/(

32、SxjSj）) （4）3、确定调速泵工作点 QQTQj ，HHstSQ 式中 HstHAZAZP S调速泵进出水管管路阻力参数4、确定调速泵转速n（变速调节计算）通过调速泵工况点（Q,H)相似工况抛物线HKQ ， KH/Q(HAZAZPSQ)/Q 与原转速n0时调速泵性能方程HHxSxQ 联立求解，得到相似工作点C(QC,HC) QcSQR(Hx/(SxK) Q/Qcn/n05、校核最小转速nmin若计算转速nnmin，则计算结束。 若计算转速nnmin，取nnmin，重新进行管网水力计算，计算水泵工况和节点实际水压。 第八讲 水泵安装高程 在进行泵站设计时，水泵选型以后，需要确定水泵安装高程

33、，合理确定水泵安装高程对于后续工程设计和未来泵站管理运行具有重要意义。一、水泵安装高程 水泵安装高程是指水泵基准面的标高。 水泵基准面：卧式水泵指泵轴线，立式水泵见教材。 1、 安Hss进 (1) 2、合理确定水泵安装高程应遵循下列原则 （1）水泵安全运行 （2）降低土建造价3、水泵安装高度Hss Hss 水泵基准面距离进水池最低水位的高度m。 保证水泵内部不发生汽蚀条件：实际运行时泵进口真空值小于等于水泵允许真空值，即 HvHs。 HvHssV1/2ghHs （设计图示） HssHsV1/2gh 为降低泵房土建造价，可提高水泵安装高度，减小泵房地下室深度，取： HssHsV1/2gh （2）

34、 式中 V1泵进口流速 m/s， h进水管水力损失m 4、注意问题 （1）进进水池水位为设计最低水位m。 （2）式（2）流量采用单泵在进水池最低水位情况下单独 运行时的最大流量，并不是水泵额定流量、HQ曲 线上最大流量、泵站设计流量。 （3） 式（2）中的Hs 由最大流量查HsQ曲线得到。 一般不是水泵额定参数Hs或 HsQ曲线上最小Hs。 （4）此外，应根据当地大气压和水温先对Hs修正为Hs， 再根据式（2）计算安装高度Hss。 HssHsV1/2gh 5、修正允许吸上真空值 HsHs-（10.33P/）（P汽/0.24） 式中 P/当地大气压头m， Pa/一个标准大气压10.33m P汽/

35、标准水温20汽化压力水头0.24m 安装高度: HssHsV1/2gh （3）二 允许吸上真空值Hs与汽蚀 1 允许吸上真空值Hs 为保证水泵内不发生汽蚀，水泵进口所允许的最大真空值。它是水泵厂家通过实验实测，得到水泵HsQ关系曲线，并换算到标准状态下和泵基准面上（统一标准）。 标准状态：一个大气压，水温20 。2 汽蚀 泵内最低压力点压力降低到当时水温汽化压力水头时，水中产生汽泡，汽泡运行到叶轮出口高压区，在极短时间内溃灭，产生很大冲击力，并伴随复杂的物理和化学现象，对水泵叶轮和泵壳造成破坏，导致水泵性能下降，产生噪音和振动。这种现象叫水泵汽蚀。三、轴流泵的安装高程 实际运行时装置汽蚀余量要

36、大于等于水泵要求的必需汽蚀余量。 (NPSH)A(NPSH)SR 轴流泵抗汽蚀能力差，一般叶轮安装在进水池最低水位以下至少0.5m。 第九讲 水泵基本操作和常用水泵一、基本操作(一）起动前的准备 1、检查：出水闸阀，真空表，压力表应关闭；供配电 设备，测量设备是否完好；机组螺栓是否松 动，轴承润滑油情况。 2、盘车：手转动泵轴，检查水泵是否有锈结，杂物堵 塞，填料松紧情况，以免起动时烧坏电机。 3、抽气充水(灌泵)：机组起动前吸水管和水泵内应 充满水，以便起动水泵后在泵进口形成必要的真 空，水才能由吸水池吸上来。(二）起动机组 合闸，起动水泵机组，打开真空表和压力表的把手，慢慢打开出水闸阀。(

37、三）机组停车 慢慢关小出水闸阀，然后关水泵，再关真空表和压力表把手。(四）观察，记录，检查 1、观察真空表、压力表、功率表、流量仪指针变化。 当发现仪表读数不正常，及时停泵检查原因。 2、检查填料处滴水是否正常。电机表面温度是否过高。 3、定期测量记录Q，H，N，P1，P2二、常用叶片泵1、IS系列单级单吸离心泵：流量小，扬程高，效率低。2、Sh系列双吸离心泵：流量范围宽，扬程适中，效率高。3、JC，JD（J）系列深井泵：立式单吸多级离心泵。 泵体：由滤网，进水管，泵节组成。 泵节：由进水节，若干个中节，出水节组成。 每个泵节上安装导水叶片，叶轮用锥形套紧固在泵轴上，泵节之间用螺栓连接。 出水

38、管：由若干等长管节和两个短管组成，用联管器连接。 传动轴：由若干等长轴节和两个短轴组成，用连轴器连接。4、潜水泵：潜水离心泵、轴流泵、混流泵。潜水井泵。5、多级泵 A、节段式多级离心泵 由进水段，中段，出水段组成。各段用长螺栓连成整体，水流由进水管进入泵内，流经第一个叶轮后，由导流器将水导入第二个叶轮进口，进水段和出水段装填料盒，每个叶轮前装减漏环，最后一个叶轮后面装自动平衡盘，固定在泵轴上，平衡盘可以沿轴向移动,随压力P增大间隙增大。 B、中开式多级卧式离心泵 泵轴上安装两对叶轮，每对叶轮背靠背安装。水流进入蜗壳后流入第一个叶轮，水体甩出叶轮后进入流道K1，导流进入第二个叶轮，水体甩出叶轮后

39、进入过渡管，导流进入第三个叶轮，水体甩出叶轮后进入流道K2，导入第四个叶轮。6、轴流泵（1）工作原理： 空气动力学的机翼升力理论。当飞机飞行时，空气对机翼产生绕流作用，由于叶片倾斜和形状不对称，上表面的曲率大，流速大，由能量守恒和转换原理，上表面受力小于下表面，空气对机翼的作用力为R，分力D对机翼为阻力，分力L为升力，飞机螺旋浆或喷气推力克服阻力，升力支持飞机重量。直升飞机螺旋浆产生升力。 轴流泵的叶片和机翼形状相反：水流对叶片的作用力为R，垂直相对速度W，根据作用力和反作用力原理，叶片对水体为反作用力R1，分力RZ1为轴向升力。郑州科技馆有飞机翅膀风洞实验模型（2）性能特点 低扬程，大流量;

40、高效区窄。功率曲线下降，流量为零时功率最大,应开阀起动。（3）工况调节方式：变角调节，变速调节。（4）适用场合 低扬程，大流量的大型企业的循环水泵站如钢厂，发电厂；雨水泵站，污水泵站；大型提水泵站。7、污水泵(PW，WQ型)，杂质泵(泥浆泵，灰查泵)第四章 给水泵站 第十讲 给水泵站工程设计概论一、收集资料1、设计任务书（或协议），可研报告，环评报告。2、气象资料，水源资料，地质报告， 地形图，水资源评价 报告。（取水许可证，用电许可证，征地证明）3、用水量，水压资料，供水制度4、电源位置，电压，电价，可靠性5、产品样本：水泵，电机，辅助设备，电气设备，管材 及附件（包括价格）6、泵站设计规范

41、，设计手册，标准图集二、规划方案论证1、确定泵站工程规模，等别，建筑物级别，防洪标准。（1）泵站工程规模 根据流域或区域规划任务，以近期目标为主，考虑 远期建设，综合分析确定。（2）等别 根据装机流量和装机功率确定，划分5级。 大1(Q200m/s，N30000KW),大2，中，小1，小2。（3）建筑物级别 根据泵站等别和建筑物重要性划分，主要建筑物分5级。（4）泵站建筑物防洪标准 根据建筑物级别确定，如建筑物一级，设计防洪标准 100年一遇，校核防洪标准300年一遇。2、泵站工程总体布置（1）布置原则 根据站址地形，地质，水源条件，供电和交通状况，结合整个供水系统合理布置，做到运行安全，投资

42、小，施工方便，运行管理方便。（2）总体布置 包括引水口位置和引水闸，沉砂池，进水池，泵房位置，管路，出水池，变电站，管理生活用房，交通等布置。（3）泵站布置 当河流岸坡较缓时可采用引渠方式，泵房靠后布置，为河床式泵房；当河岸坡度较陡时，采用岸边式泵房。如果河流泥沙含量大，在引渠后设沉沙池或在水厂设沉砂池。 地质条件差、泵房尺寸较大时，泵房与进水池分开建，有利于泵房稳定，便于施工，泵房底板抬高，减少投资； 地质条件好、泵房尺寸不大时泵房与进水池可合建。 配电控制房间布置在泵房一端，靠近变电站； 检修间布置在泵房另一端； 变电站根据进线方向确定，便于设备安装检修，运输，进出线； 泵站区内交通道满足

43、设备运输，人员上下班方便的要求。3、泵站地址选择，取水构筑物选址综合考虑取水口、引水渠、沉砂池、进水池、泵房的布置对泵站安全可靠供水和工程造价的影响。 站址选在城镇或企业区的上游，地质条件好，河床稳定，水源可靠，水质良好，取水方便，施工管理方便。4、拟定泵房结构方案，水泵初步选型，施工方案。5、确定各构筑物尺寸和结构材料，估算投资。 并论证以上各方案的技术可行性、经济性、可靠性。以郑州铝厂供水泵站站址选择，邙山泵站站址选择，新乡胜利渠取水口为例论述。三、泵站工艺设计 1、确定泵站设计流量和泵站设计扬程2、初选水泵和电动机3、布置水泵机组与基础4、布置进、出水管路和闸阀，初选管径5、校核水泵工作

44、点，校核水泵是否合适，拟定水泵 运行调度方案。6、确定水泵安装高程7、水锤分析与防护措施，确定出水管壁厚度8、辅助设备选型布置9、拟定泵房尺寸、剖面各部高程10 设计说明书与绘图四、泵站水池水位与特征扬程（一）取水泵站进水池水位 1、防洪水位 ：参照规范确定 2、设计水位 取水源保证率为95%97%的多年日平均水位 3、最低运行水位 取水源保证率为97%99%多年最低日平均水位 4、最高运行水位 取水源重现期1020年一遇洪水的日平均水位。（二）送水泵站进水池水位 水厂清水池设计水位和水厂清水池设计最低运行水位。（三）出水池水位 1、设计水位：取泵站设计流量时的水位 2、最低运行水位：取单泵流

45、量时的水位（四）泵站特征扬程 1、泵站设计扬程 出水池设计水位进水池最低水位管路水力损失 2、泵站最低扬程 出水池最低水位进水池最高水位管路水力损失。 第十一讲 水泵选型一、取水泵站设计流量和设计扬程 水泵选型主要依据：泵站设计流量和设计扬程1、取水泵站向水厂均匀供水，可降低取水泵站和输水管投资。泵站设计流量：QhKQd/T K考虑输水管漏水和水厂净水构筑物自用水修正系数； K1.051.1 Qd最高日用水量m/d , T24h泵站设计扬程：HHsth 2、如果抽地下水直接送水到用户： 设计流量:QhKQd/T K1.011.02， 设计扬程：HHst1hHsev Hst1控制点地面标高吸水池

46、最低水位m Hsev控制点服务水头m二、送水泵站设计流量和设计扬程1、设计流量采用最高日最高时流量。2、设计扬程：HHst1hHsev三、水泵的选型原则1、满足泵站设计流量和设计扬程的要求；2、适应性强，调配灵活：适应各时段流量和水压的变化,达到调配灵活，又节能的目的。措施：水泵的数量，大小泵配套，定速泵和调速泵比例适宜(采用变速调节需经过技术经济论证)3、保证供水可靠性：水泵数量不能太少，一般2台以上，满足正常检修需要，备用12台机组。4、节能：充分利用水泵的高效区，无论何种运行工况要求水泵在高效区工作；水泵数量不能太多，也不能太少。5、综合考虑泵站投资和运行管理费，力求两者之和最小；便于安

47、装和维修管理。尤其大中型泵站要作方案经济技术比较。 例题、某给水管网已知用户最高日最高时用水量920L/S，时变化系数Kh1.7 ，日变化系数Kd1.3，管网最大用水量时水力损失11.5m ，输水管水力损失1.5m，吸水池最低水位到控制点的高差为2m，用水建筑物3层。试选泵解： 1、泵站设计流量Q920L/S泵站设计扬程HHsthHsev2 211.51.5216235m（控制点服务水头Hsev16m；静扬程Hst2m；泵站内管路水力损失估计为2m，安全水头2m）2、根据泵站设计流量Q920L/S和泵站设计扬程H35m 在水泵型谱图上初步确定可能的选泵方案（1）在Sh型水泵型谱图上，扬程等于3

48、5m的水泵型号全选， 有i种型号。（2）同型号水泵方案： 根据泵站设计流量Q和每个型号水泵的流量Qi确定该型 号水泵的台数，作为一种方案NiQ/Qi。共有i个方案组合。 不同型号水泵方案： 根据泵站设计流量Q和（1）选出的水泵进行方案组合， 确定每个方案中每种水泵的台数。（3）按水泵选型原则和工程经验剔除明显不合理的方案。（4）近似泵站装置需要扬程曲线在Sh型水泵型谱图上标定设计工况点A点（920，35），当Q30L/S时，H22m，在图上标定最小工况点B点，连AB为一条线，即为近似装置需要扬程曲线。 平均日平均时流量：QpQs/（KhKd）416L/S ；查需要扬程曲线H31m。3、对筛选出

49、的几个可行方案根据选泵原则进行比较方案(一)：1台20Sh132台12Sh13。方案(二)：1台14Sh131台14Sh13A1台12Sh13。基本运行方案组合：各级供水流量范围和效率范围由不同台数水泵并联扬程曲线高效段和装置需要扬程曲线(直线AB)确定。在平均用水量附近范围内370750L/S 第一方案水泵效率较高。方案编号用水变化范围l/s运行水泵及其台数泵效率%第一方案：一台20sh-13 两台12sh-13750920一台20sh-13两台12sh-1380887882600750一台20sh-13 一台12sh-1382887986460600一台20sh-138287240600两

50、台12sh-136984240一台12sh-1383第二方案：一台14sh-13 一台14sh-13A 一台12sh-13760920一台14sh-13一台14sh-13A一台12sh-13837582847885570760一台14sh-13一台14sh-13A83748283370570一台14sh-13A一台12sh-1376826984240370一台14sh-13A7678240一台12sh-13834、水泵选型校核 根据初选水泵方案，进、出水管经济流速，拟定管径和管材，布置管路（平面和剖面）和闸阀。计算管路阻力参数S。（1）校核泵站设计工况（Q设，H设）绘装置需要扬程曲线HHstS

51、Q，HstZ2Z1Z2出水池最高水位 ，Z1进水池最低水位，水泵组合运行时工况点流量是否满足Q设，再查各台水泵效率曲线，是否在高效区工作。（2）校核泵站平均运行工况（Q均，H均） 绘装置需要扬程曲线H均HstSQ， HstZ2Z1Z2出水池设计水位 Z1进水池设计水位Q均Qd/(Kh*Kd*24*3600) 组合运行工况流量是否满足Q均，水泵是否在高效区工作。（3）校核管网消防工况 两处失火（控制点，较远处），每处55L/S消防流量、低压消防10m水头。（4）校核管网事故工况 水厂附近一条主干管检修，管网设计流量为城市设计水量的70，管网节点压力能否满足用水要求。 第十二讲 水泵机组布置及辅助

52、设备选型布置1、布置原则 满足机组安装，操作，检修等要求，整齐紧凑。 2、机组布置方式（1）纵向排列 机组轴线平行，纵向排列，适合单吸单级离心泵。 （2） 横向排列 机组轴线重合，布置在一行。适合双吸离心泵（一般机组数量4台及4台以下）（3） 横向双行排列 机组轴线重合，两行交错排列，当机组较多时（4台以上）采用。可减小泵房长度，降低造价，适合双吸离心泵。3、水泵机组基础作用：支承并固定水泵机组。基础尺寸：L底座长0.2m ， B底座宽0.2m， H底座螺栓长0.2m基础顶面高出泵房地板 0.20.4m。不带底座水泵机组：L，B地脚螺栓间距0.5m，H螺栓长0.2m 校核基础高度：基础重量大于

53、机组总重量的2.54倍。基础高度不小于0.50.7m。当基础与泵房地下室底板整体浇筑时，底板厚取2/3记入基础高度。4、引水设备选择与布置选型依据：排气量，最大真空值 (备用一台)排气量QvK(WpWs)Ha/T(HaHss) m/hWp泵中空气体积，Ws吸水管中空气体积Ha大气压10米水柱，Hss水泵安装高度T引水时间约15分钟，K漏气系数1.051.1最大真空值HvmaxHss760/Ha mmHg布置：在泵房进水侧两台水泵之间靠墙安放，抽气管沿墙架空布置标高1.1米，再由抽气支管与吸水管连接。5、起重设备选择布置选择依据：起重量，起吊高度，服务范围。（1）起重量0.5吨以下及深井泵站设移

54、动吊架配拉链葫芦。（2）起重量3吨以下选单轨（或双轨）吊车配电动葫芦。 单轨工字梁正对机组中心线上方，用螺栓锚固在屋面大梁（屋架）下面钢板上。（3）起重量3吨以上选电动桥式吊车。泵房纵墙排架柱上设牛褪，吊车梁简支在柱牛腿上，吊车梁上安装钢轨，桥式吊车两端轮子在轨道上沿泵房纵向移动，电动葫芦沿吊车横梁横向移动。起吊高度由泵房底板算起把设备吊至上层汽车上.6、通风设备选择及其布置根据门窗布置和降温要求计算自然通风。自然通风不能满足降温需要时采用通风机通风。选择依据：风量，风压。一般选轴流风机。（1）风量：LQ/C(T1T2) m/h, 式中 QnN(1), 总散热量kJ/s C空气比热， 1.01

55、 kJ/kg C 泵房外空气容重，1.12 kg/m (30C) N单台电机功率，kJ/s（2）风压：Hhf+hi hfL*i， hiV/2g (mmH2O) 风速612m/s（3）布置： 风机设在电动机排风口附近通风管中，由通风管将热风排出泵房。风管为矩形或圆形，断面尺寸通过风压损失计算而定。风管沿墙用管支架固定。7、流量计选择(参考泵站测试技术)流量计有三种：涡轮流量计，电磁流量计，超声波流量计。8、排水设备选择及布置半地下式泵房无法自流排水，排水沟将水汇集流入集水井，由排水泵抽排，潜水泵或单吸离心泵。 第十三讲 管 路 设 计一、进水管设计要求1、采用钢管，壁厚4mm (考虑钢管生锈和刚

56、度要求)。2、不吸气（进水管在进水池中的位置合理，合理设计进水池形状和尺寸）。3、进水管布置应短直，减少配件，以减少水力损失。4、进水管合理的设计流速V设1.01.5m/s，进水管直径比泵进口大，之间采用偏心渐缩管连接。5、合理确定进水管在进水池中的位置。悬空高HP(0.751.0)D，且0.3m；淹没深度HLD，且0.4m ；后墙距T0.5D，且0.3m ；进水管间距L(1.52 )D。D为喇叭口直径。6、若进水池水位高于水泵，进水管设检修阀门。二、出水管设计要求1、泵房内采用钢管，钢管壁厚4mm。泵房外主干管根据管道水压力和管路长度选用球墨铸铁管，钢管，铸铁管，预应力混凝土管。2、经济流速

57、V1.52.5m/s，出水管直径比泵出口大，之间采用渐扩管连接。3、根据管路沿线地形地质条件进行选线，不影响交通，危及重要建筑物，保证管路的稳定安全。 平面和剖面上布置尽量直，少转弯。具体见给水工程和室外给水设计规范。4、泵出口设缓闭止回阀，工作闸阀（碟阀）和检修阀。检修阀设置应保证供水的可靠性和灵活性；使每台水泵能通过任何一条出水管输水；一条出水管检修或闸阀检修或一台水泵检修或停泵不能影响其它水泵正常工作。主干管闸阀可设在泵房外的阀门井中，以减少泵房尺寸。5、出水管路一般采用并联形式，以降低管路造价。6、管路水锤计算和结构计算三、管路铺设与支承1、取水泵站：在出水管开始爬坡处，管路沿程大的转

58、弯处设镇墩，每隔100m设一个镇墩,以维护管路稳定，两个镇墩之间设伸缩器。镇墩设计：校核抗滑及抗倾覆稳定性；验算地基强度和镇墩强度。2、取水泵站和送水泵站管路一般暗埋，布置在冻土线以下，根据管材管径和地上荷载，确定管道埋深和基础。3、泵房内管路：铺设在地沟中和地板上, 在止回阀，弯头和三通下设支墩，穿墙设防水套管。具体细部尺寸及要求参见规范。钢管表面防锈处理。弯头，三通，喇叭管，伸缩器，防水套管，偏心渐缩管，渐扩管等管件参见标准图集。在泵房平面图和剖面图上给管件编号，标注详细尺寸，在表格中注明。 第十四讲 泵站水锤一 泵站水锤计算1、水锤：在压力管道中，由于流速的剧烈变化而引起一系列急剧的压力

59、交替升降等水力冲击现象。2、泵站水锤种类：开泵水锤，关阀水锤，事故停泵水锤3、停泵水锤：水泵机组因突然失电或其它原因造成开阀停车，在水泵和管道中水流速度发生梯变而引起的压力梯变现象。二 泵站水锤计算与防护措施1、计算方法：图解法，电算法2、计算目的 进行停泵水锤分析；判断停泵水锤危害；选用防护措施，评价防护措施的技术经济效果；确定出水管壁厚以及管路支承结构计算。3、计算结果要求 水泵端和管路各断面Q，水头H，以及水泵的n，M随时间变化的过程线;绘制各断面最大压力水头线Hmax(i)和最低压力水头线Hmin(i)以及对应的时刻；水柱分离的地点及时刻，断流空腔大小，发生弥合水锤的时刻及水锤值；采用

60、防护措施重新计算评价。4、工程设计停泵水锤计算思路： A、方案一：出水管无逆止阀允许水倒流水锤计算，进行水锤计算和分析。 B、方案二：若不发生水柱分离，出水管设缓闭阀，重新计算水锤并分析。 C、方案三：若不发生水柱分离，出水管设缓闭逆止阀和水锤消除器，重新计算水锤并分析效果。 D、方案四：若发生水柱分离，计算断流弥合水锤；分离处设进气阀或调压室，重新计算水锤并分析。三、无逆止阀停泵水锤水力过渡过程1、水泵工况 突然停电后，水泵工作进入水力过渡过程。水泵机组转速突然降低，流量很快减小，泵出口压力迅速降低，机组由于惯性作用仍正转，水由于惯性仍正流，在水流开始倒流之前，正转的机组对水流仍做功，称为水